Identification of enzyme gene families related to proline biosynthesis and metabolism in pepper and expression analysis under low temperature and low light stress

低温弱光胁迫是影响辣椒（Capsicum annuum L.）高产优质的主要非生物胁迫之一。为探究辣椒脯氨酸积累相关酶基因在响应低温弱光胁迫中的作用，对辣椒全基因组中脯氨酸生物合成与代谢相关酶基因家族成员进行鉴定与分析。结果表明，脯氨酸积累生物合成酶（吡咯啉-5-羧酸还原酶P5CR、吡咯啉-5羧酸合成酶P5CS、脯氨酸转运体ProT及鸟氨酸转氨酶δ-OAT）和代谢酶（吡咯啉-5-羧酸脱氢酶P5CDH和脯氨酸脱氢酶ProDH）基因家族共包含10个成员，编码氨基酸数为282~552，等电点为5.92~9.45，分布在辣椒0、2、3、5、6及8号染色体上，均无信号肽，蛋白质的二级和三级结构主要以α-螺旋为主，蛋白序列无序化程度低。系统进化结合共线性分析发现，辣椒脯氨酸生物合成与代谢相关酶基因家族分为不同的进化分支，且与番茄和马铃薯的亲缘关系较近，同一亚族间的基因结构和保守基序高度相似。顺式作用元件分析发现，脯氨酸积累相关基因家族主要含响应植物激素、非生物胁迫及光响应的顺式作用元件。在低温弱光胁迫下，与CK相比，Caδ-OAT、CaProDH1、CaProDH2及CaP5CDH基因表达量均显著下调，而CaP5CS1基因显著上调，由此表明，低温弱光胁迫通过上调CaP5CS1基因表达，抑制脯氨酸降解酶基因（CaProDH1、CaProDH2及CaP5CDH）表达来促进辣椒脯氨酸积累。这为深入挖掘辣椒脯氨酸积累相关基因响应低温弱光胁迫的功能研究奠定了基础。